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Microbiologia applicata, Biochimica e Chimica agraria

L’obiettivo generale del Gruppo di Microbiologia, Biochimica e Chimica agraria è prioritariamente rivolto alle basi scientifiche della gestione sostenibile del suolo e della sua fertilità, all’ecologia e biodiversità microbiologica nonché al suo impiego per lo sviluppo di biotecnologie per la valorizzazione delle biomasse e per il disinquinamento ambientale.

Le linee di ricerca del gruppo e le attività correlate sono pertanto svolte negli ambiti della microbiologia applicata, della biochimica e della chimica agraria.
In particolare, vengono svolte ricerche nel contesto delle “White Biotechnologies” che mirano a mettere a punto processi alternativi alle sintesi chimiche che prevedono l’uso di microrganismi (o, talvolta, enzimi) per l’ottenimento di molecole a medio e alto valore aggiunto. In tal senso, le ricerche sono finalizzate alla valorizzazione di scarti, surplus, rifiuti e reflui e trattamento di biomasse del settore agroalimentare attraverso l’impiego di microrganismi e/o enzimi al fine di produrre biomolecole, enzimi (es. cellulasi, laccasi), biocarburanti, ecc., attraverso la selezione di microrganismi alto-produttori e l’ottimizzazione di processi fermentativi. Sempre in questo contesto sono svolte ricerche che mirano a sviluppare nuovi biocatalizzatori microbici per la produzione di biovanillina o a produrre, mediante lieviti ricombinanti, un frammento anticorpale che consente il rilascio targettato di nuovi farmaci disegnati per la terapia del tumore al seno.
Altri studi riguardano l’isolamento e caratterizzazione di geni e proteine di origine vegetale utili a migliorare le qualità nutrizionali e di difesa di piante d’interesse agronomico. In questo contesto viene investigata l’espressione di proteine chimeriche con elevata e selettiva attività citotossica contro cellule tumorali. Vengono anche analizzati gli effetti di biostimolanti commerciali sulla popolazione epifitica di piante eduli e l’isolamento mirato di ceppi microbici con attività biostimolante e antagonista.
Viene anche studiata l’ecologia e la biodiversità microbica di ambienti estremi e non convenzionali. Studi di ecologia microbica riguardano anche i batteri probiotici e lattiero-caseari oltre a quelli del tratto intestinale umano. Alcune ricerche sono anche finalizzate alla sopravvivenza dell'uomo nello spazio, alla biocontaminazione dei moduli spaziali e alla salute degli astronauti. Inoltre grazie a l’utilizzo della tecnica di Next Generation Sequencing (NGS) si sta studiando il controllo microbiologico nelle filiere vino e formaggi a latte crudo.
Sono oggetto di sperimentazione anche i biofilm batterici e loro sviluppo su materiali di uso industriale, al fine di individuare strategie di pretrattamento per ridurre l'adesione batterica. Sono state avviate ricerche anche riguardo i biofilm di origine fungina che solo di recente sono divenuti oggetto di sperimentazione con l’obiettivo di valutarne potenziali applicazioni.
Altro tema è la biodegradazione microbica dei contaminanti nel biorisanamento di suoli contaminati, reflui e rifiuti anche finalizzata allo studio biochimico e biomolecolare delle popolazioni e comunità microbiche coinvolte e degli enzimi e pathway degradativi. In questo contesto, viene studiato anche il cosiddetto “micorisanamanto” che prevede l’uso di funghi. Nello studio delle interazioni del microbiota del suolo vengono impiegate, oltre a tecniche biomolecolari (qPCR, DGGE, ecc.), anche analisi in GCMS dei fosfolipidi di membrana delle comunità microbiche del suolo.
Nell’ambito delle scienze del suolo sono stati messi a punto indicatori chimici e biochimici per studiare la qualità e salute dei suoli. Anche lo studio degli indici di umificazione, la capacità del suolo di immagazzinare C, i flussi di CO2 dal suolo e la diversità microbica mediante diversi approcci metodologici (enzimatici e fisiologici) permettono di caratterizzare diversi siti e/o ambienti naturali e antropizzati. Sono svolti anche studi di tipo pedologico attraverso caratterizzazione di profili, evoluzione e diversità microbica.
Sempre in questo comparto vengono studiati gli enzimi immobilizzati e loro applicazioni nel suolo, l’adsorbimento di gas e composti organici xenobiotici su matrici solide, biosensori e sistemi sensoristici elettronici utili a rilevare contaminanti nel suolo (VOCs, xenobiotici organici e composti inorganici), sistemi nanostrutturati per il miglioramento delle condizioni del suolo, dei rapporti suolo-microrganismi-pianta e di sistemi sostenibili di produzione agricola.
Altro ambito di studio riguarda la mobilità dei metalli e dei metalloidi presenti nel suolo, al fine di valutare la potenziale ecotossicità, la traslocazione dei metalli e metalloidi nel sistema pianta/suolo e applicazione di tecniche analitiche innovative (proximal sensing) VIS-NIR per la misurazione di metalli pesanti e metalloidi nei suoli ed in terreni agricoli .

Responsabile scientifico/Coordinatore

PETRUCCIOLI Maurizio (Innovazione nei sistemi biologici, agroalimentari e forestali)